全球復合材料流行趨勢大掃描
復合材料向結構設計更高層次發展
復合材料要和其他材料競爭,擴大在現代工業中的應用,必須更充分地發揮其可設計性、比強度高等性能優勢,從而取得更好的性價比。這就需要在結構設計等方面提高到更高層次,這種發展趨勢是筆者參觀2006年JEC展會得到的主要印象。玻纖作為復合材料的增強材料也要主動適應這種發展趨勢。
1.復合材料構件的大型化
復合材料在公用交通、船艇和大型機電罩等領域的擴大應用,必然帶來構件大型化。這種大型殼體的質量要靠精細的結構設計,使其輕質高強、隔音、絕熱。其中兩個重要元素是型材和板材,以及它們的優組合。而板材多為預制和現場做的空芯板,因此推動了各種空芯板的發展。這些空芯板的芯材有泡沫塑料、化纖制品、塑料格柵、復合蜂窩等。這次有不少專業空芯板芯材制作企業參展,他們可按細部結構、容重和強度要求及整體形狀提供芯材。而板的面材則多用玻纖氈、布的預浸料或復合板材與芯板熱熔和粘結成一體。
大型結構件也推動著玻璃鋼擠拉型材向斷面多樣化、復雜化和尺寸大型化發展。
2.復合材料部件的復雜化和精細化
展會上展出的一件圓周有薄壁大波浪,一件為夾有許多薄葉片的轉體,都在航空工程中使用。這樣的部件就要求復合材料方面的專家綜合有關多方面的先進技術、設計制造而成,包括高性能樹脂基材選擇,高質量增強基材選擇,預混預浸技術的應用,合理的工藝裝備使混合料有很好的流動性、充模性,甚至要采用多種工藝的組合才能完成。形狀越復雜越能體現復合材料的優勢,同時亦對復合材料基材和生產技術提出了更高的要求。
3.復合材料表面要求的提高
復合材料的不少應用,特別在車輛外表及內飾、運動及工業器件都有很高的表面要求。從這次展會可看到,提供以下幾方面技術可滿足這種高表面要求:①選用專用樹脂、高光潔度模具和合理工藝實現SMC件等A級表面。②開發了專用復合材料加工設備和刀具,保持加工后的良好表面狀況。③開發專用漆和表面處理、貼膜、表面印刷等新技術,來滿足表面的光潔和色彩要求。
4.復合材料及制品的高效工業化生產
實現復合材料從原材料到制品的高效工業化生產是穩定產品質量和降低生產成本的重要環節。展會展示了不少研究部門和裝備企業在這方面的努力。其中顯著的是將復合材料制品的分段生產,變成由原材料到終制品的自動化直接生產,這包括SMC-D、LFT-D,以及熱塑性方面的T-RTM和注、擠工藝結合直接出制品等。
玻纖織物增強基材及應用發展快
復合材料需求的擴大帶動了玻纖增強基材的快速發展。隨著復合材料閉模成型的發展,去年市場就已明顯傳遞出縫氈、復合氈、復合織物乃至預成型等熱點基材的流行信號。今年法國JEC復合材料展會上更為清晰地表現出:隨著復合材料強度要求和形狀復雜程度的提高,玻纖織物及預浸漬又有明顯的快速發展。
1.各類玻纖織物增強基材的發展
①針織物繼續發展。這類產品有更好的強度、厚度、方向的適應性,所以多數玻纖生產廠都有這類產品。像AHLSTROM公司有近80臺設備。在2006年法國JEC展上,參展的專門從事針織加工的企業有近十家,除SAERTEX、AMT等一些多在發展中的老企業外(SAERTEX在德、法、南非、美、印已建了7個工廠),還增加了一些新企業。另外,這類產品的品種規格也不斷增加。我國成如旦公司已生產20幾種規格的此類產品;DIPEX公司的多軸向織物有GBX、GTX、GTOX、GQX、M、F、L、C、Y九大系列。由于這些企業和用戶的共同努力,不但滿足了迅速發展的風力發電機葉片的需要,還開發了在船艇方面的更大應用。
PARABEAM公司近些年堅持用雙針床織物開發空芯聚酯復合材料板,這次展會看到他們在浸膠工藝和板材聯接組型技術的進展和完善的電視演示。據介紹,加拿大ZCL復合材料公司購買了這家公司技術用于制造雙層貯罐或貯罐內襯產品。其成就使得卡爾邁耶和利巴等設備公司更加大力推薦雙針床設備。
②單向織物。這類產品疊加時有更好強度的方向選擇性,可以針織,也可以機織。一般寬度為300米~600米,玻纖、碳纖、芳綸纖維均可,是加固和預浸漬的主要織物形態之一。
③編織物。該類產品向三維化、變徑和斷面形狀復雜化方向發展。有4-5個企業參展。A&P公司和EUROCARBON公司著這方面的技術和產品。
④機織帶和布。幾個大的玻纖織布廠都在擴大增強玻纖布的品種規格,并主動向預漬和復合材料延伸。用于預浸的機織布并不很寬,一般寬尺寸在1.5米一1.6米。
德國P-D集團interglass公司的復合材料用機織布,規格25克/平方米一900克/平方米,織物結構有平紋、斜紋、緞紋和其他特殊組織,其產品通過了航空部門的認證。
美國Hexcal公司近年致力開發玻纖織物表面處理和預浸漬技術也取得較大成果。
2.玻纖織物預浸漬技術和產品迅速發展
玻纖織物預浸漬是熱固性樹脂的半固化品再經熱壓制成為終制品。例如,預浸環氧終壓成層壓板和覆銅板,這套技術已有多年應用?,F有發展主要指預浸熱塑性塑料,其中包括PP、PA、PBT、PC、HDPE、PU、PEI、PPS、PEEK、PEKK等。這也是作為玻纖增強熱塑性塑料的一個大方面。英國一研究機構把它專稱為“連續纖維增強熱塑性復合材料”以區別GMT、LFT。他們調查認為,這類材料在過去5年中市場增長率為105%,用量增長主要是受到航空航天和汽車市場的驅動(空中客車公司計劃每年增加熱塑性復合材料用量20%),另在家具、緊固件、醫療、船艇等方面也不乏使用。
玻纖織物預浸料一般步先生產成片(塊或卷狀),然后再熱壓成(需要時先進行裁剪)層壓板、零部件或覆以表面。這次展會除看到玻纖織布企業向這方面延伸外,還有近十家專業開發玻纖織物增強熱塑性塑料的單位參展。有的復合材料企業熱固、熱塑產品都開發。典型的企業有:
①美國Phoenixx TPC公司。該公司從事熱塑預浸復合材料開發已多年,用玻纖增強的預浸料有PA、PPS、PEI、PEEK、PP、HDPE等。預浸料可用于連續輥壓模壓和拉擠。展會上這家公司還特別推薦360米寬的單向預浸帶、25克/平方米一30克/平方米的超薄產品。
②德國Bond-Laminates公司。該公司專門生產各種熱塑復合材料板材,產量在不斷擴大,供壓制各種制品用,包括運動器具、電器件、工業用品、頭盔等防護品和汽車件等,還專門推薦玻纖增強PPS用于空中客車部件。
③德國KREMPEL公司。這屆展會我們看到了該公司在預浸和半固化結構復合材料方面的發展。











































